(57)【要約】【課題】レーザー光の収差を補正する液晶光学素子に、光量センサーの機能を付加した小型の液晶光学素子を提供することである。【解決手段】入射するレーザー光の収差を補正するための収差補正領域を有する液晶光学素子において、第１の透明性基板と、第２の透明性基板と、第１の透明性基板に、複数に分割された電極パターンが形成された位相変調用の透明電極と、第２の透明性基板に設けられた対向透明電極と、第１および第２の透明性基板の間に設けられた液晶層と、第１または第２の透明性基板に入射するレーザー光を受光する光量センサーとを備え、前述した光量センサーが、収差補正領域の内部であり、かつ電極パターンが形成された以外の領域の少なくとも一部の領域に配設されてなる構成を採用した。【選択図】図１
2005265870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射するレーザー光の収差を補正するための収差補正領域を有する液晶光学素子において、
第１の透明性基板と、
第２の透明性基板と、
前記第１の透明性基板に、複数に分割された電極パターンが形成された位相変調用の透明電極と、
前記第２の透明性基板に設けられた対向透明電極と、
前記第１および第２の透明性基板の間に設けられた液晶層と、
前記第１または第２の透明性基板に入射するレーザー光を受光する光量センサーとを備え、
前記光量センサーは、前記収差補正領域の内側であって、かつ前記電極パターンが形成された以外の領域の少なくとも一部の領域に配設されてなることを特徴とする液晶光学素子。
【請求項２】
前記光量センサーは、前記第１または第２の透明性基板のいずれか一方に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の液晶光学素子。
【請求項３】
前記光量センサーは、前記第１または第２の透明基板上の前記液晶層とは反対側に形成されてなることを特徴とする請求項２に記載の液晶光学素子。
【請求項４】
前記光量センサーは、前記第１または第２の透明基板上の前記液晶層側に形成されてなることを特徴とする請求項２に記載の液晶光学素子。
【請求項５】
前記収差補正領域における前記複数に分割された電極パターンに外部から信号を供給できる様に引出配線が接続して形成されており、
前記光量センサーは、前記引出配線をオーバーラップして形成されてなることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の液晶光学素子。
【請求項６】
前記光量センサーは、前記複数に分割された電極パターンの電極間スペースに形成されてなることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の液晶光学素子。
【請求項７】
前記光量センサーは、レーザー光が入射する側の第１電極と、光電変換層と、第２電極が積層された構成であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の液晶光学素子。
【請求項８】
前記第１の電極は透明導電膜で形成され、前記第２の電極は高反射性の金属電極で形成されてなることを特徴とする請求項７に記載の液晶光学素子。
【請求項９】
レーザー光源と、
前記レーザー光源から出射される往路のレーザー光をディスクに集光するための対物レンズと、
前記ディスクからの反射光である復路のレーザー光を受光するための受光ダイオードと、
前記レーザー光源と前記対物レンズとの間の光路中に配設され、前記往路のレーザー光を受光するように前記光量センサーを配した請求項１から８のいずれか一項に記載の液晶光学素子と、
前記光量センサーで受光した光量により、前記レーザー光源の出射光量を制御する光量制御手段とを備えたことを特徴とする光学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液晶光学素子および光学装置に関し、特に、入射するレーザー光の収差を補正するための収差補正領域を有する液晶収差補正素子に光量センサーを備えた液晶光学素子と、それを搭載してレーザー光源から出射されるレーザー光の出射光量を制御できるようにした光学装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＤあるいはＤＶＤ等の光ディスクや、光磁気ディスク等のディスクの情報を読み取ったり、書きこんだりするのに光学装置が用いられている。この光学装置は、レーザー光源から出射されたレーザー光をディスクに照射して、ディスク表面のトラックに記録された情報を読み取ったり、またはトラックに情報を書きこんだりすることができる装置である。
【０００３】
上述した光学装置の構成について以下に詳細に説明する。
この従来の光学装置は、レーザー光源と、カップリングレンズと、偏光ビームスプリッターと、液晶収差補正素子と、λ／４波長板と、対物レンズと、ディスクと、受光ダイオードとを有し、レーザー光源から出射されたレーザー光をディスクに照射し、このディスクからの反射光を受光ダイオードで受光できるように構成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
図７は、背景技術における光学装置の構成と、各部材の機能を合わせて説明するための模式図である。
まず、レーザー光源１から出射した往路のレーザー光２は、カップリングレンズ３で平行光（直線偏光）となった後、偏光ビームスプリッター４を通過し、このレーザー光２のコマ収差や球面収差を含む波面収差を光学的に補正するために配置された液晶収差補正素子５ａを通り、レーザー光２の直線偏光を円偏光に変換するλ／４波長板６を通った後、対物レンズ７によりディスク８に集光され、そのディスク８に焦点を結ぶ。
【０００５】
前述した液晶収差補正素子５ａには、レーザー光２のビーム有効径の内側に、分割配置された透明電極パターンが形成されており、この液晶収差補正素子５ａに入射する光ビームによって規定されるビーム有効径内の収差補正用の透明電極に電圧を印加することによって、この光ビームを位相変調させ、主にディスク８により発生する波面収差を補正することができるようになっている。なお、本明細書においては、実質的に上記光ビームが位相変調される収差補正用の透明電極が形成された領域の内部を「収差補正領域」と称して以下に説明を行う。
【０００６】
さらに、ディスク８から反射された復路のレーザー光は、対物レンズ７を透過し、λ／４波長板６にて往路と直交する直線偏光に変更された後に、液晶収差補正素子５ａをそのまま通過し、偏光ビームスプリッター４にて光路を変えて集光レンズ９に向かい、受光ダイオード１０ａにディスク８から反射された復路のレーザー光を集光する。
【０００７】
そして、受光ダイオード１０ａにより検出した信号を基にディスク８に記録された情報等を読み取り、または往路のレーザー光でディスク８面に情報等の書き込みをすることができるようになる。
【０００８】
この光学装置は、ディスク８により発生する波面収差（主にコマ収差や球面収差）を機械的に補正する光学装置に比べ、液晶収差補正素子５ａにおける収差補正領域によって局
所的に位相差量を制御することによりこの波面収差の補正を行う構成を採用しているので、装置の小型化、波面収差の補正に要する省電化、および装置信頼性に優れるという利点を有している。
【０００９】
また、この光学装置は、受光ダイオード１０ａで集光された光量を読み取り、レーザー光源１の駆動回路系へフィードバックし、レーザー光量の制御を行うことができるようになっている。これによりレーザー光２は、ディスク８に対して書き込み、または読み込みに最適な光量を制御できるようになる。つまり、受光ダイオード１０ａは、前述した様に、ディスク８の情報を読み取る機能と、レーザー光源１の光量を制御する機能を兼ね備えたものとなっていた。
【００１０】
なお、この光学装置のレーザー光量の制御は、書き込み、または読み込み時の光量を変化させる目的だけでなく、このレーザー光源１の寿命による出力光量の減衰や、温度、動作電流の変動に対しても機能するものである。
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−１０１７００号公報（第３−５頁、第１図、第８図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、このシステムの場合、復路光を受光ダイオード１０ａで受光してから、レーザー光源１から出射されるレーザー光量を制御させているため、レーザー光量のフィードバックに遅延が生じる。そして、特にディスク８の情報を読み取る際に、ディスク８に情報を書きこむ時に比べてレーザー光量を低くする必要があるが、この際にフィードバックの遅延により、バックグラウンドノイズとのコントラストが低下して、ディスク８の読み取りエラーを引き起こしてしまう場合がある。
【００１３】
そこで本発明の第１の目的は、レーザー光の収差を補正する液晶収差補正素子に光量センサーの機能を付加した小型の液晶光学素子を提供することである。
【００１４】
また、本発明の第２の目的は、レーザー光往路に光量センサーを設けることで、レーザー光量のフィードバック遅延を低減し、迅速な光量制御と収差補正の両立を可能とする液晶光学素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するために、本発明の光学装置は、基本的に下記記載の構成を採用するものである。
本発明の液晶光学素子は、入射するレーザー光の収差を補正するための収差補正領域を有する液晶光学素子において、第１の透明性基板と、第２の透明性基板と、第１の透明性基板に、複数に分割された電極パターンが形成された位相変調用の透明電極と、第２の透明性基板に設けられた対向透明電極と、第１および第２の透明性基板の間に設けられた液晶層と、第１または第２の透明性基板に入射するレーザー光を受光する光量センサーとを備え、前述した光量センサーが、収差補正領域の内部であり、かつ電極パターンが形成された以外の領域の少なくとも一部の領域に配設されてなることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の液晶光学素子は、前述した光量センサーを、第１または第２の透明性基板のいずれか一方に配するのが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明の液晶光学素子は、前述した光量センサーを、第１または第２の透明基板上の液晶層とは反対側に配設することができる。
【００１８】
またさらに、本発明の液晶光学素子は、前述した光量センサーを、第１または第２の透明基板上の液晶層側に配設することもできる。
【００１９】
またさらに、本発明の液晶光学素子は、収差補正領域における複数に分割された電極パターンに外部から信号を供給できる様に引出配線が接続して形成されており、光量センサーには、引出配線をオーバーラップして形成された構成とするのが好ましい。
【００２０】
またさらに、本発明の液晶光学素子は、前述した光量センサーを、複数に分割された電極パターンの電極間スペースに形成する構成とするのが好ましい。
【００２１】
またさらに、本発明の液晶光学素子は、前述した光量センサーを、レーザー光が入射する側の第１電極と、光電変換層と、第２電極が積層された構成とするのが好ましい。
【００２２】
またさらに、本発明の液晶光学素子は、前述した光量センサーにおける第１の電極は透明導電膜で形成され、第２の電極は高反射性の金属電極で形成された構成とすることが好ましい。
【００２３】
本発明の光学装置は、レーザー光源と、レーザー光源から出射される往路のレーザー光をディスクに集光するための対物レンズと、ディスクからの反射光である復路のレーザー光を受光するための受光ダイオードと、レーザー光源と対物レンズとの間の光路中に配設され、往路のレーザー光を受光するように光量センサーを配した前述した構成の液晶光学素子と、光量センサーで受光した光量により、レーザー光源の出射光量を制御する光量制御手段とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２４】
上述した本発明の液晶光学素子を光学装置に搭載すれば、収差補正機能を備えながら、レーザー光量制御を迅速に制御することを可能とし、光学装置の更なる小型化および低消費電力化を可能とするのに極めて有効に機能する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の液晶光学素子は、レーザー光の収差を補正するための収差補正領域を有する液晶光学素子において、第１の透明性基板と、第２の透明性基板と、第１および第２の透明性基板の間に設けられた液晶層と、第１または第２の透明性基板に入射するレーザー光を受光する光量センサーとを備え、収差補正領域が、レーザー光のビーム有効径の内側に配設され、光量センサーが、収差補正領域の内側であり、かつ電極パターンが形成された以外の領域の少なくとも一部の領域に配設されてなる構成を採用するものである。
【００２６】
そして、この液晶光学素子を搭載した光学装置は、レーザー光源と、レーザー光源から出射される往路のレーザー光をディスクに集光するための対物レンズと、ディスクからの反射光である復路のレーザー光を受光するための受光ダイオードと、レーザー光源と対物レンズとの間の光路中に配設され、往路のレーザー光を受光するように光量センサーを配した前述した液晶光学素子と、光量センサーで受光した光量により、レーザー光源の出射光量を制御する光量制御手段とを備えた構成を採用するものである。
【００２７】
上述した本発明の液晶光学素子は、種々の光学装置に利用可能なものであるが、以下の説明はＤＶＤの光ピックアップ装置を例にとって行う。またこの種の装置に於いては現在のところレーザー光を用いるのが一般であるので、利用する光はレーザー光であるものとして説明する。
【００２８】
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る液晶光学素子への光量センサーの配置形態を示し
た上部平面図である。
本発明の液晶光学素子は、液晶収差補正素子と光量センサーを有する構成となっており、この光量センサーは、本図面に示すように、球面収差パターンが形成された電極間スペース部、または各パターンを駆動するための引き出し配線１５上に光量センサー１０ｂを配した形態となっている。なお本図面には、ビーム有効径と収差補正領域との関係を明示してないが、この関係と、光量センサー１０ｂの配置形態は、後段で詳細に説明をすることとする。
【００２９】
まず、本発明の液晶光学素子５ｂを搭載した光ピックアップ装置について説明をする。図２は、本発明に係る液晶光学素子５ｂを光ピックアップ装置に適用した場合の全体構成を示すブロック図である。
図２に示す光ピックアップ装置は、背景技術で示した光学装置の構成と基本的に同一であり、各部材の機能は同じである。しかし、本発明の光ピックアップ装置は、レーザー光源１から出射される往路のレーザー光量を検知する光量センサー１０ｂを有する液晶光学素子５ｂを有するとともに、この光量センサー１０ｂにより検知した値に応じて光量コントローラー１１によりレーザー光源１を制御できる様にしている点が従来の光学装置とは異なっている。その構成と機能を更に詳細に下記に示す。
【００３０】
図２において、従来の光学装置と同様に、レーザー光源１から出たレーザー光２は、カップリングレンズ３で平行光とされ、偏光ビームスプリッター４を通過した後、液晶収差補正素子５ａに入射する。この液晶収差補正素子５ａを通過する際に、レーザー光は、液晶収差補正素子５ａで変調され、主にディスク８で発生する収差補正が可能となる。その後１／４波長板６を通過して、対物レンズ７によりディスク８に集光される。そしてディスク８にて反射された光ビームは、再び対物レンズ７及び１／４波長板６を経て、偏光ビームスプリッター４により光路を変更されて、集光レンズ９を介して受光ダイオード１０ａに集光される。
【００３１】
また一方、図２におけるレーザー光２の往路において、液晶収差補正素子５ａに配設した光量センサー１０ｂに入射したレーザー光量は電気信号として変換され、光量コントローラー１１を経てレーザー光源１への光量制御が行われる。
即ち図２に示すように、本発明ではレーザー光源１直下で光量を制御できるため、収差補正と光量制御を同時に迅速に制御することが可能となる。なお光量センサー１０ｂは、液晶収差補正素子５ａを構成するどちらの透明性基板に配置してもよいが、図２に示すようなレーザー光源１側に設置の方が、光源へのフィードバック速度という観点から、より効果的な手段と考えられる。
【００３２】
次に、本発明の光ピックアップ装置に搭載する、液晶収差補正素子５ａの基本構造について説明をする。図３は図１で示した液晶収差補正素子の一例である球面収差補正用の液晶収差補正素子の一般的な構造を示すものである。図３(ａ)はビーム有効径１９が透明電極２４〜２６の内側にある場合の液晶収差補正素子の上面図であり、図３(ｂ)はビーム有効径１９が透明電極２４〜２６の外側にある場合の液晶収差補正素子の上面図である。また図３(ｃ)は液晶収差補正素子の断面図を示す。
図３(ｃ)に示すように、液晶収差補正素子５ａは、第１及び第２の透明性基板１２，１３の間に対向させて配設する収差補正用の透明電極２４〜２６と対向透明電極１４、これら透明電極２４〜２６および対向透明電極１４に電圧を印加するための透明性の引き出し配線１５、配向膜１６および液晶層１８、液晶をセル内に封入するシール剤１７からなる。また、図３(ａ)、(ｂ)に示すように、この収差補正用の透明電極は分割して素子中央に配置され、この分割された各透明電極２４〜２６は、外部信号供給のための引き出し配線１５と繋がっている。
【００３３】
そして、図３（ａ）の場合は、液晶収差補正素子５ａに入射する光ビームが実質的に位相変調される領域に相当する収差補正領域が、ビーム有効径１９の内側の領域となり、図３（ｂ）の場合は、この収差補正領域が、透明電極２４〜２６が形成された領域の内側となる。
【００３４】
次に上述した球面収差補正用の液晶収差補正素子に代えて使用することができるコマ収差補正用の液晶収差補正素子の構成について説明をする。図４は図３で説明した液晶収差補正素子５の他の例として、コマ収差補正用の液晶収差補正素子の一般的な構造を示すものである。
本図面に示す液晶収差補正素子は、収差補正用の透明電極２４〜２６のパターンをコマ収差用の透明電極２４〜２６のパターンに変えたのみが図２に示した構成例と異なるだけで、その他の構造は同様である。
【００３５】
次に、上述した液晶収差補正素子５ａに光量センサー１０ｂを配設した本発明の液晶光学素子５ｂの構成例について説明をする。
本発明の液晶光学素子５ｂは、ビーム有効径内であり、かつ収差補正領域内に光量センサー１０ｂを配置させるものである。この形態は、特に図３(ａ)のようにビーム有効径１９が、透明電極２４〜２６が形成される領域の内側に存在する場合に有効であり、そして、光量センサー１０ｂを収差補正領域に配置させる条件として、収差補正機能を阻害しない領域への配置が必要となる。
【００３６】
光量センサー１０ｂの配置の一例として、図１（ａ）に示すように、外部信号を供給する引き出し配線１５上への配置を考える。本図面に示す液晶光学素子５ｂは、光量センサー１０ｂを引き出し配線１５が形成された領域とオーバーラップしているが、収差補正用の透明電極２４〜２６とはオーバーラップしていない構成例を示している。そのため、液晶光学素子５ｂに入射するレーザー光２の収差補正機能に影響を与えることなく、この光量センサー１０ｂを機能させることが可能となる。
【００３７】
他の例として図１（ｂ）に示すように、分割された透明電極２４，２５の電極間スペース部、または透明電極２５，２６の電極間スペース部に光量センサー１０ｂを配置することも可能である。
【００３８】
また図１（ｃ）に示すような、引き出し配線部をオーバーラップさせるとともに、電極間スペース部にも光量センサー１０ｂを設置することも可能である。
【００３９】
光量サンサー１０ｂを上記のような配置にした場合、この光量センサー１０ｂをレーザー光のビーム有効径内に必ず入る位置に配置することが可能であり、例え透明電極２４〜２６が形成された領域の内側にビーム有効径が存在する場合であっても光量のセンシングが可能となる。
【００４０】
図５は、分割された透明電極の電極間スペース部に光量センサー１０ｂを配置した液晶光学素子５ｂの構成例（図１（ｂ）参照）におけるＸ−Ｙ地点の断面構造（透明電極２５，２６間に光量センサー１０ｂを配置した箇所）を示す構造断面図である。なお、図５（ａ）は、この液晶光学素子５ｂを構成する透明性基板１２に対して、液晶層１８とは反対側に光量センサー１０ｂを配設した構成例を示しており、図５（ｂ）は、透明性基板１２に対し液晶層１８側に光量センサー１０ｂを配設した他の構成例を示している。
本図面に示すように、液晶収差補正素子５ａへ光量センサー１０ｂを配設する形態は、液晶層１８と反対側の透明性基板１２上へ光量センサー１０ｂを配置（図５(ａ)参照）、または液晶層１８側へ光量センサー１０ｂを配置（図５(ｂ)参照）が考えられる。
【００４１】
光量センサー１０ｂを液晶層１８と反対側に設ける図５(ａ)の場合、この光量センサー１０ｂは、レーザー光入射方向から見て、第１電極２０、ｐｉｎ接合からなる光電変換層２１、及び第２電極２２により構成される。また、光電変換層２１に光を効率良く入射させる必要があるため、このレーザー光源１側に配置する第１電極２０を透明導電膜（例えばＩＴＯ、ＳｎＯ２等）で形成する。さらに、使用されるレーザー光２に対して高反射性の金属（例えばＡｌ、Ｔｉ、Ｍｏ等）で第２電極２２を形成することが望ましい。
【００４２】
この様に第２電極２２を高反射性金属により形成することで、光電変換層２１で吸収されなかった光を再度この光電変換層２１に戻してセンサーの受光感度を上げることができ、さらに復路の光を反射し、往路のみの光量を検出するセンサーとすることができる。なお、この第２電極２２を、高反射性金属膜とせずに透明電極膜としてもセンサーとして機能することは言うまでもない。
【００４３】
また、本図面では光電変換層２１はｐｉｎ構造を例に示しているが、光電変換を可能とするセンサーであれば、他の構造（例えばｐｎ接合構造、ヘテロ接合構造、ショットキー型構造、多重接合構造等）としても構わない。
【００４４】
これに対して、光量センサー１０ｂを液晶層１８側に設ける図５(ｂ)の場合、収差補正用として成膜した透明電極２５，２６と同時に同材料で第１電極２０のパターンを形成し、その第１電極２０と第２電極２２とで挟持した光電変換層２１を配置する。そして、表面に露出する収差補正用の透明電極２５，２６と、光量センサー１０ｂをともに被覆する配向膜１６を設ける。この様に、第２電極２２と液晶層１８との間には配向膜１６が形成されて、光量センサー１０ｂと液晶層１８とが分離される。
【００４５】
なお、上記した図５（ａ）に示すように、透明性基板１２に対して液晶層１８の反対側であり、かつ透明電極２４〜２６間スペース部をオーバーラップさせて光量センサー１０ｂを設けた場合、副次的な効果が得られる。その作用について以下に説明をする。
透明電極間２４〜２６間スペース部に光量センサー１０ｂがない場合は、図６(ａ)に示すように、一般にレーザー光２がスペース部を通過する際、透明電極２５または透明電極２６のパターン端部において、回折及び散乱が起こってしまう。この回折散乱光２７はＤＶＤを照射するレーザー光と干渉してノイズ光となり、実効透過率強度の低下を引き起こす。また、ＤＶＤ−Ｒシステムへの書き込み時に必要なレーザー強度の安定性において、回折散乱光２７による変調光はレーザー強度の安定性を低下させる原因になる。
【００４６】
そこで、図６(ｂ)に示すように、電極間スペース部をオーバーラップさせて光量センサー１０ｂを配置すれば、このスペース部を通過するレーザー光２は光量センサー２８に吸収され、結果として上述した回折散乱現象を抑止する効果を持つ形態とすることができる。
【００４７】
この様に、上述した本発明の液晶光学素子５ｂを、先に示した図２に示す光学装置（光ピックアップ装置）に組み込むことにより、迅速なレーザー光量制御と収差補正を同時に可能とし、かつ光学装置の簡易化と省電力化を実現することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の液晶光学素子における光量センサーの配置形態例を示す上部平面図である。
【図２】本発明に係る光学装置を説明するための図である。
【図３】本発明の液晶収差補正素子の一構成例を示す平面図および断面図である。
【図４】本発明の液晶収差補正素子の他の構成例を示す平面図である。
【図５】図１（ｂ）で示したＸ−Ｙ部の断面構造を表す図で、(ａ)は液晶層と反対側に光量センサーが配置した場合の構造断面図、(ｂ)は液晶層側に光量センサーが配置した場合の構造断面図である。
【図６】本発明の液晶光学素子における光量センサー配置による副次的効果を示す図である。
【図７】従来の光学装置を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１  レーザー光源
２  レーザー光
３  カップリングレンズ
４  ビームスプリッター
５ａ  液晶収差補正素子
５ｂ  液晶光学素子
６  λ／４波長板
７  対物レンズ
８  ディスク
９  集光レンズ
１０ａ  受光ダイオード
１０ｂ  光量センサー
１１  光量コントローラー
１２、１３  透明性基板
１４  対向透明電極
１５  引き出し配線
１６  配向膜
１７  シール剤
１８  液晶層
１９  ビーム有効径
２０  第１電極
２１  光電変換層
２２  第２電極
２４〜２６  透明電極
２７  回折光
【図１】
2005265870.tif 000003
【図２】
2005265870.tif 000004
【図３】
2005265870.tif 000005
【図４】
2005265870.tif 000006
【図５】
2005265870.tif 000007
【図６】
2005265870.tif 000008
【図７】
2005265870.tif 000009